А. Н. Митрошин, М. А. Ксенофонтов^*, Д. А. Космынин
______________________________________________________________________________________________________

Пензенский государственный университет, Пенза, Российская Федерация
______________________________________________________________________________________________________

Введение. Одним из самых эффективных способов хирургического лечения коксартроза поздних стадий является тотальное эндопротезирование тазобедренного сустава. Однако, неуклонный рост числа первичных эндопротезирований влечет за собой и рост ревизионных вмешательств. Предлагаемое нами решение использовать углеродный материал в паре трения позволит уменьшить количество ревизионных вмешательств по причине износа компонентов, а также может существенно повлиять на снижение риска возникновения асептического расшатывания.

Цель. Сравнить показатели напряженности и крутящий момент конструкций головки и вкладыша с парой трения из углеситалла диаметрами 28 мм и 38 мм при помощи математического моделирования и сравнить объемный износ пар трения из керамики и углеситалла при помощи стендовых испытаний.

Материалы и методы. Для оценки напряжений в предлагаемой конструкции использовалось математическое моделирование. Математическая модель была создана программными методами в среде «ANSYS 5.7». Изучались конструкции диаметрами 28 мм и 38 мм. Для проведения стендовых испытаний была изготовлена физическая модель пары трения из углеситалла. В соответствии с требованиями ГОСТ 31621-2012 было выполнено определение крутящего момента пары трения из углеситалла. В соответствии с ГОСТ Р ИСО 14242-3-2013 проведено исследование объемного износа пар трения из керамики и углеситалла.

Результаты. Математическое моделирование пары трения из углеситалла размером 38 мм в сравнении с парой трения диаметром 28 мм показало снижение величин напряжений сжатия и растяжения с закономерным увеличением запаса прочности для компонентов из углеситалла. В результате определение крутящего момента пары трения эндопротеза тазобедренного сустава, последний составил 1,1 Нм. Данный показатель на 26,6% ниже предельно допустимого по ГОСТ 1,5 Нм. Показатель крутящего момента был равен 1,10 Нм. В результате сравнительного испытания на износ пар трения из керамики и углеситалла потеря массы керамической головки составила 0,009 г, керамического вкладыша — 0,013 г. Головка из углеситалла потеряла 0,006 г, вкладыш — 0,009 г. Суммарно потеря массы углеродной пары трения меньше чем у керамической пары трения на 31,8%.

Заключение. Пара трения большего диаметра показала лучшие прочностные характеристики углеродной части конструкции, однако уменьшился предел прочности титановой втулки. Крутящий момент углеродной пары трения составил 1,1 Нм, что на 26,6% ниже предельно допустимого показателя, а объемный износ пары трения из углеситалла на 31,8% оказался меньше объемного износа пары трения из керамики.

Ключевые слова: пара трения; углеродный материал; эндопротез тазобедренного сустава

2023 год, выпуск №3
Оригинальное исследование
Читать статью (pdf) →
DOI: 10.23888/HMJ2023113390-396
Для цитирования:

Митрошин А. Н., Ксенофонтов М. А., Космынин Д. А. Изучение возможностей углеродного материала в паре трения эндопротеза тазобедренного сустава при помощи математического моделирования и стендовых испытаний // Наука молодых (Eruditio Juvenium). 2023. Т. 11, № 3. С. 390–396. https://doi.org/10.23888/HMJ2023113390-396